Много силы из ничего: как работает вакуумный усилитель тормозов и как его проверить

Сейчас, в эпоху сложных электронных систем, помогающих водителю управлять автомобилем, вакуумным усилителем тормозов (он же ВУТ) никого не удивить. Машины с ВУТ появились несколько десятков лет назад, и сейчас усилитель кажется каким-то совсем простым и даже слишком примитивным устройством. Но при этом не все знают, как он работает, хотя наверняка и слышали что-то про какие-то мембраны и разрежение в коллекторе. Сегодня предлагаем освежить эти знания: ВУТ есть в каждом автомобиле, и понимать принцип его работы и основные приёмы диагностики полезно и сегодня.

Не всем и не сразу

Вакуумный усилитель появился в автомобилях не по блажи производителей, партии «зелёных» или под воздействием потусторонних сил. В результате развития автомобилей и роста их мощности, скорости и массы постоянно росли и требования к тормозам. Первые ленточные тормозные механизмы открытого типа (как на Studebaker Standard Six 1924 года, например) быстро стали недостаточно эффективными, и на смену им пришли уже более привычные нам барабанные тормоза с колодками. Конечно, в них не было ни механизма самоподвода колодок, ни даже гидравлического привода: только тросы или тяги (как у нашей «эмки»). Потом появились гидравлические тормоза. Они были простенькими, одноконтурными, но всё же работали эффективнее механических. И следующим этапом их развития наравне с разделением на два контура стало появление усилителя.

Справедливости ради надо отметить, что первый автомобиль с усилителем тормозов появился ещё в 1928 году, и это был Pierce-Arrow. Разумеется, ни о какой массовости этого устройства речи не шло, и вплоть до 1970-х вакуумный или гидровакуумный (как на нашем ГАЗ-24) усилитель оставался предметом роскоши в оснащении дорогих автомобилей.

Pierce-Arrow Model 36 '1928. 

В СССР первые ВУТ появились на рубеже 60-70-х. Первенцами отечественного автопрома с усилителем тормозов стали ГАЗ-24 с гидровакуумным усилителем (1970 г), ВАЗ-2103 (1972 г), АЗЛК-2140 (1976 г). И, несмотря на то, что сам по себе вакуумный усилитель – штука неплохая и даже весьма полезная, полюбили его тогда не все. Почему? Ответ будет чуть ниже.

Почти гениально

Если разобраться в принципиальной схеме работы «вакуумника», можно испытать небольшой восторг от технического изящества конструкции. Но это – если не слишком сильно углубляться, потому что на самом деле ВУТ устроен не настолько просто, чтобы считать его абсолютно гениальным. Однако сама идея взять силу из пустоты, причём получить её совершенно бесплатно, – это красиво.

Итак, как это устроено? Нажатием педали тормоза требуется передвинуть шток главного тормозного цилиндра, который погонит тормозную жидкость по магистрали до рабочих цилиндров, прижимающих колодки к диску или барабану. Всё хорошо, но для того, чтобы прижать колодки достаточно сильно, придётся так же сильно давить ногой на педаль. А это не слишком приятно. Требовалось придумать устройство, которое будет усиливать давление от педали на шток, причём делать это нелинейно: чем сильнее водитель давит на тормоз, тем активнее усилитель должен ему помогать. А если водитель не давит на тормоз, то и усилитель работать не должен – иначе он будет тормозить сам, а этого допускать нельзя.

В качестве источника энергии для работы усилителя решили использовать разницу давлений внутри впускного коллектора и вне его, в атмосфере. Внутри коллектора существует разрежение, поэтому, если сделать устройство, в одной половине которого будет сохраняться атмосферное давление (атмосферная полость), в другой – пониженное за счёт разрежения в коллекторе (вакуумная полость), а к подвижной мембране между этими половинками приделать шток ГТЦ, этот шток будет стремиться двигаться в сторону полости с низким давлением. Остаётся только поставить возвратную пружинку, которая будет возвращать мембрану на место, когда водитель отпустит педаль тормоза, и всё – усилитель готов. Но это не совсем так, потому что такой усилитель будет стремиться передвигать шток сразу после пуска двигателя, притормаживая колёса. А это, как мы уже говорили, неправильно. Значит, кое-что придётся усложнить.

Делу может помочь система из двух клапанов, один из которых установлен в атмосферной полости и по умолчанию закрыт, а второй установлен на мембране и по умолчанию открыт. После запуска двигателя в коллекторе появляется разрежение, в вакуумной части давление тоже падает, но клапан в мембране открыт. А это означает, что вакуумная полость начнёт засасывать в себя воздух из атмосферной полости. И так как клапан атмосферной полости по умолчанию закрыт, в обеих полостях установится одинаковое пониженное давление. Другими словами, усилитель в этот момент не работает: нет разницы давлений – нет и силы, которая двигала бы мембрану со штоком. То есть, первую проблему решили: сам по себе усилитель не тормозит.

Москвич-1500 (АЗЛК-2140). 

Зато если нажать на педаль тормоза, шток перекроет клапан на мембране и откроет клапан атмосферной полости. Сразу же возникнет разница давлений, и мембрана будет двигать шток с минимальным участием водителя. Вроде бы это как раз то, чего и требовалось добиться от усилителя. Но опять нет! Потому что на самом деле резко возникающая разница в давлениях включит усилитель практически мгновенно и на полную силу. И в итоге получится не эффективное, но плавное торможение, а экстренное торможение в пол. Жаль, но придётся усложнять систему дальше.

Основное усложнение коснулось клапанов. Их объединили в отдельный узел под названием следящий клапан. По сути, следящий клапан так и остался узлом с двумя клапанами, но их «научили» работать более слаженно и с чувством меры: не в режиме открыто/закрыто, а с постепенным изменением пропускной способности. Таким образом, удалось реализовать возможность дозировать усилие сжатия колодок педалью. Но совсем простым устройством вакуумный усилитель после всего этого уже не кажется.

Размеры и не только

Несмотря на изящность и красоту конструкции, вакуумный усилитель – не такой безгрешный парень, каким может показаться. Наверняка многие обращали внимание на то, что под капотом почти любой машины ВУТ заметен сразу – он занимает много места. И это один из его существенных недостатков, продиктованный принципом его работы: мембрана маленького диаметра не способна создать достаточно усиления, поэтому весь ВУТ приходится делать достаточно большим. И чем он мощнее – тем больше места занимает под капотом. Ну или приходится увеличивать число камер, а это тоже приводит к росту размеров усилителя. Увы, маленький ВУТ работать эффективно не сможет.